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Verfahren zum Bestimmen der Induktivität eines elektrischen Schaltungs
elementes Es sind bereits mehrere Meßverfahren zur Bestimmung der Induktivität von
induktiven Schaltelementen bekannt. Diese erfordern in der Regel umfangreiche Bedienungsmaßnahmen
zur Bestimmung des Meßwertes und sind deshalb für Reihenuntersuchungen ungeeignet.
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Durch die Erfindung soll ein Verfahren zur Messung der Induktivität
von induktiven Schaltelementen vorne stellt werden, das einfach in der Bedienung
und deshalb für Reihenuntersuchungen geeignet ist.
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Ausgangspunkt für die Erfindung ist ein Verfahren zum Bestimmen der
Induktivität eines elektrischen Schaltungselementes, indem dieses in einem aus einer
Gleichspannungsquelle, einem Widerstand und einem Schaltkontakt bestehenden Stromkreis
angeordnet wird, indem eine Öffnung des Schaltkontaktes vorgenommen wird und die
Induktivität durch Berechnung mit Hilfe der im Stromkreis vor dem Öffnen des Schaltkontaktes
vorhandenen stationären Stromstärke und des Wertes des Widerstandes ermittelt wird.
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Es ist bereits ein Verfahren dieser Art bekannt. Bei diesem ist aber
das induktive Schaltungselement nicht nur in einem aus einer Gleichspannungsquelle,
einem Widerstand und einem Schaltkontakt bestehenden Stromkreis angeordnet, sondern
zugleich noch in einer Brückenschaltung aus ohmschen Widerständen. Beim Öffnen des
Schaltkontaktes wird die Energie des induktiven Schaltungselementes auf die Widerstände
der Brückenschaltung übertragen. Das bekannte Meßverfahren zeichnet sich durch eine
besonders große Genauigkeit aus. Es sind dafür aber zur Bestimmung der gesuchten
Meßgröße zunächst umfangreiche Bedienungsmaßnahmen erforderlich und anschließend
eine Auswertung der Meßergebnisse durch eine verhältnismäßig komplizierte Gleichung.
Für Reihenuntersuchungen ist dieses Meßverfahren nicht geeignet.
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Ein in der Bedienung einfaches und für Reihenuntersuchungen geeignetes
Verfahren zur Bestimmung der Induktivität eines elektrischen Schaltungselementes
wird, ausgehend von einem Verfahren, indem das induktive Schaltungselement in einem
aus einer Gleichspannungsquelle, einem Widerstand und einem Schaltkontakt bestehenden
Stromkreis angeordnet wird, indem eine Öffnung des Schaltkontaktes vorgenommen wird
und die Induktivität durch Berechnung mit Hilfe der im Stromkreis vor dem Öffnen
des Schaltkontaktes vorhandenen stationären Stromstärke und des Wertes des Widerstandes
ermittelt wird, erfindungsgemäß dadurch erhalten, daß als Schaltkontakt ein von
einer leitfähigen Gasschicht umgebener Kontakt verwendet wird, daß beim Öffnen des
Schaltkontaktes durch ein Zeitmeßgerät die Dauer T der Glimmentladung im Kontaktspalt
gemessen wird und daraus durch Multiplizieren mit dem Quotienten aus der am Schaltkontakt
während der Glimmentladung liegenden Brennspannung UB und der stationären Strom-
stärke
in der Induktivitätswert L nach der Beziehung L = UIS zu T ermittelt wird.
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I, Die Erfindung stützt sich auf die Erkenntnis, daß beim Öffnen
eines aus einer Gleichspannungsquelle gespeisten induktiven Stromkreises erstens
die in der Glimmentladung des Schaltkontaktes transportierte Energie nahezu gleich
der magnetischen Feldenergie zum Zeitpunkt der Öffnung ist und zweitens während
der Glimmentladung nach der Öffnung des Schaltkontaktes der Strom bei konstanter
Brennspannung praktisch zeitlinear auf Null abklingt.
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Eine analytische Auswertung dieser Erkenntnis führt zu der Beziehung
L = UI 9 zu T, wobei T die Dauer der o Glimmentladung im Kontaktspalt des Schaltkontaktes,
Io den Stromwert im stationären Zustand, UB die im wesentlichen konstante Brennspannung
der Glimmentladung und L den Induktivitätswert des zu messenden induktiven Schaltelementes
bedeutet. Diese Beziehung gilt mit um so größerer Genauigkeit, je kleiner die Spannung
UO der Gleichspannungsquelle und je größer die Brennspannung UB der Kontaktstrecke
gewählt wird.
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Die Dauer der Glimmentladung kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
entweder aus der Zeitdauer der sich während der Glimmentladung am Schaltkontakt
einstellenden Brennspannung oder aus der Zeitdauer des nach dem Öffnen des Schaltkontaktes
im Stromkreis noch fließenden Stromes bestimmt werden. Wird das Meßverfahren mit
einem Schaltkontakt, der einen definierten Kontaktspalt besitzt und sich innerhalb
einer definierten Atmosphäre befindet, z. B. einem Schutzgaskontakt, durchgeführt,
dann ist die Brennspannung UB während der Glimmentladung von Messung zu Messung
gleich. Der gesuchte Induktivitätswert wird somit aus
der Zeitmessung
durch Multiplizieren mit dem Propor-UB tionalitätsfaktor - gewonnen. Bei konstant
gehaltenem Strom, kann also die Skala des Zeitmeßgerätes in Induktivitätswerten
eingeteilt sein und so der Induktivitätsmeßwert direkt abgelesen werden.
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Die Erfindung wird an Hand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert.
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Fig. 1 stellt eine prinzipielle Schaltungsanordnung für das erfindungsgemäße
Meßverfahren dar; Fig. 2 zeigt die praktische Ausführungsform einer derartigen Schaltungsanordnung
unter Verwendung eines Schutzgaskontaktes als Schaltkontakt und eines Oszillographen
zur Aufnahme der interessierenden Meßgrößen; in Fig. 3 ist schematisch ein Oszillogramm
des zeitlichen Strom- und Spannungsverlaufes bei einer Induktivitätsmessung mit
der letztgenannten Schaltungsanordnung dargestellt.
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In Fig. 1 wird zur Messung der Induktivität eines induktiven Schaltelementes
L dieses Schaltelement an die Meßklemmen a und b des Meßgerätes geschaltet und so
eine aus einer Gleichspannungsquelle B, einem Widerstand R 1 und einem Schaltkontakt
K bestehende Reihenschaltung zu einem Stromkreis ergänzt. Der Schaltkontakt K ist
mittelbar über ein Steuerglied St durch einen Schalter S zu betätigen. Für das Meßverfahren
sind der Wert des Stromes 1o vor dem Öffnen des Schaltkontaktes, die während der
Glimmentladung am Schaltkontakt liegende Brennspannung UB und die Dauer T der Glimmentladung
interessant. Zur Messung dieser Größen sind deshalb in der Schaltungsanordnung nach
Fig. 1 ein Strommesser 1, ein Spannungsmesser U und ein Zeitmesser 1 vorgesehen,
wobei der letztere die Zeitdauer der Glimmentladung am Schaltkontakt mißt.
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Zur Durchführung des Meßverfahrens wird nach dem Anschalten des induktiven
Schaltelementes an die Meßklemmen des Meßgerätes der Schalter 5 geschlossen.
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Dadurch wird über das Steuerglied St durch den Schaltkontakt K auch
der obengenannte Stromkreis geschlossen.
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Der Strom in diesem Kreis steigt entsprechend der Aufladezeitkonstante
innerhalb einer kurzen Zeit auf einen stationären Wert an, der durch den Strommesser
1 gemessen wird. Daraufhin wird der Schalter S wieder geöffnet und durch diesen
auch eine Öffnung des Schaltkontaktes bewirkt. Die Brennspannung UB der nun einsetzenden
Glimmentladung wird durch den Spannungsmesser U und die Zeitdauer der Glimmentladung
durch den Zeitmesser 1 ermittelt. Aus den drei Meßgrößen kann vermöge der Beziehung
L = USB T der gesuchte Induk-1o tivitätswert berechnet werden.
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In Fig.2 ist eine praktisch ausgeführte Schaltungsanordnung dargestellt,
bei der als Schaltkontakt ein Schutzgaskontakt verwendet ist. Dieser hat einen definierten
Kontaktspalt, außerdem befinden sich die beiden Kontaktfedern in einer definierten
Atmosphäre. Dadurch ist für einen größeren Induktivitätsbereich die während der
Glimmentladung am Schaltkontakt liegende Brennspannung UB von Messung zu Messung
gleich. Arbeitet man darüber hinaus mit konstantem Strom, so erübrigt es sich, den
Strom 1o und die Brennspannung UB immer wieder aufs neue abzulesen. Die Induktivitätsmessung
ist somit auf eine einfache Zeitmessung zurückgeführt, und die Skala des Zeitmeßgerätes
kann gleich in Induktivitätswerte eingeteilt werden. In diesem Fall ist es zur Eichung
des Meßgerätes erforderlich, den im Stromkreis zusammen mit dem induktiven Schaltelement
L, dem Schutzgaskontakt SK und der Gleichspannungsquelle B angeordneten Widerstand
R2 einstellbar auszuführen.
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Als Anzeigegerät für die interessierenden Meßwerte ist
bei dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 2 ein Zweistrahloszillograph 0 vorgesehen, durch dessen System I mittels
eines niederohmigen Hilfswiderstandes R3 der Strom und durch dessen System II die
interessierende Spannung jeweils als Funktion der Zeit sichtbar gemacht werden kann.
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Vor der Durchführung einer Reihenuntersuchung von induktiven Schaltelementen
wird die Meßanordnung mittels einer Normalinduktivität, die an die Meßklemmen a
und b angeschaltet wird, geeicht. Zu diesem Zweck wird der Widerstand R2 so lange
verändert, bis die angezeigte Meßgröße dem Wert der Normalinduktivität entspricht.
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Das Meßverfahren nach Art der Erfindung erfolgt dann auf die Weise,
daß die zu messenden induktiven Schaltelemente an die Meßklemmen a und b geschaltet
werden, durch den Schalter 5 mittels der Steuergliedes St der Schutzgaskontakt SK
geschlossen wird und nach kurzer Zeit der Schalter S wieder geöffnet wird. An Hand
der oszillographierten Brennspannung UB kann dann der Induktivitätswert auf der
in Henry beschrifteten Zeitachse des Oszillographen direkt abgelesen werden.
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Zur Erweiterung des Meßbereiches besteht die Möglichkeit, entweder
den Widerstand R2 oder aber die Spannungsquelle B stufenweise einstellbar auszuführen.
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In Fig. 3 sind die mit dem Oszillographen der Schaltungsanordnung
nach Fig. 2 aufgenommenen Meßwerte skizziert. Bei genügend lange geschlossenem Schaltkontakt
fließt in dem betrachteten Stromkreis ein stationärer Strom0, der durch die Größe
der Gleichspannung UO und den im Stromkreis wirksamen Gleichstromwiderstand bestimmt
ist. Zum Zeitpunkt t0 werde der SchaltkontaktSK geöffnet. In diesem Augenblick wird
der Stromkreis unterbrochen, so daß der Strom kurzzeitig auf Null zurückgeht. Die
im induktiven Schaltelement gespeicherte Energie bewirkt dann ein rasches Anwachsen
der am Schaltkontakt liegenden Spannung bis zur Zündspannung, worauf eine Glimmentladung
über den Kontaktspalt des Schaltkontaktes einsetzt und der Kontakt damit praktisch
wieder leitend wird. Während dieser Glimmentladung ist die Spannung am Schaltkontakt
nahezu konstant, und der Strom fällt zeitlinear ab. Kurz bevor die gesamte magnetische
Energie verbraucht ist, erlischt die Glimmentladung.
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Die Zeitdauer der Glimmentladung ist in der Fig. 3 mit T bezeichnet.
Bei dem Oszillographen in der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 ist die Zeitachse
bereits in Induktivitätswerte eingeteilt, die aus den Zeitwerten entweder durch
Multiplikation mit dem Quotienten aus der Stromstärke 1o und der Brennspannung UB
oder aber durch eine Eichung mit Hilfe von Normalinduktivitäten gewonnen sind.
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Um für das Oszillogramm immer wieder den gleichen Anfangspunkt zu
erhalten, ist es zweckmäßig, die Auslösung der horizontalen Ablenkspannung beispielsweise
von der Zündspannung am Schaltkontakt abhängig zu machen.